七个千禧年难题解决了多少

首页 > 上门服务 > 作者:YD1662023-10-31 20:17:34

△椭圆曲线,图源维基百科

如开头提到的贝赫和斯维讷通-戴尔猜想,就是椭圆曲线领域的一个核心问题。

如果这一猜想成立,便能推断出符合上面1~100整数表现(即蓝色数字图)的结论:

在1000万个数字中,约有59%是两个有理数立方的总和。

不过,上面提出的这么多推断,绕来绕去也都只停留在猜想层面。

过去的几百年里,不少数学家试图揭开这个谜题,但要么无法得出结论,要么无法证明自己的推断是正确的。

它不像指数为2时,整数可以轻松被证明能否被拆解为两个有理数平方和(方法如上),毕竟指数为3时,没有确切的方法可以证明整数能否被拆解。

但尝试一个个“暴力拆解”整数又是不现实的。

因为在整个拆解过程中,涉及到的计算量巨大

毕竟相较于拆成两个整数立方和,拆成两个分数立方和的难度要大得多……

举个栗子,整数2083虽然可以被拆解成两个分数的立方和,但光是这两个分数的分母,就长达40多个数字

这还仅仅是一个整数的计算量,更别提挨个计算其他整数了。

现在,终于有3位数学家成功突破了这个问题的瓶颈,第一次给出了可以拆解成两个有理数立方和的整数比例:

9.5%~83%

所以这一范围究竟是怎么得出的?

如何圈定这一范围?

正如上面所说,椭圆曲线的结构极其复杂,这也使得它的直接求解变得非常困难。

于是这3位数学家开始思考:为何不试试将它与更容易处理的东西联系起来呢?

这一想就想到了矩阵

这3位数学家中的1位,曾在今年4月证明过一个理论:

如果一个立方和方程存在有理数解(rational solutions),那么至少存在一个2×2×2×2的四维矩阵与它对应。

依据这个理论,如果能想办法计算出整数的2个分数立方和方程是否有对应的四维矩阵,就有办法求解出不可能被表示成有理数立方和的整数范围。

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具体的求解过程,涉及两方面的理论:

一部分是几何数论,涉及计算不同几何图形在坐标系中的格点(lattice points);另一部分则是解析数论,与哈代-李特尔伍德圆法(定理)相关。

最终他们求解出的结果是,大约有1/6的整数不存在对应的四维矩阵,换言之,这1/6的整数完全不可能被表示成2个有理数立方和的形式。

这样就确定了这个范围的最大上限——至多有5/6(约83%)的整数可能被表示成有理数立方和。

所以求解下限的话,将定理反过来不就行了?

并非如此。

毕竟这个理论的逆定理并没有被证明成立,即“如果一个整数能找到对应的四维矩阵,则它也能被表示为2个有理数的立方和”。

为此,三位数学家求助了椭圆曲线领域中对逆定理颇有研究的2位专家,分别是来自德克萨斯大学奥斯汀分校的Ashay Burungale和普林斯顿大学的Christopher Skinner。

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他们一番捣鼓后,给出了一个特殊情况下逆定理成立的条件,在这种情况下至少存在2/21的整数,能表示为2个有理数的立方和。

而2/21(约9.5%)这个数值,也正是这一整数范围的下限

但毕竟是特殊情况,所以3位数学家认为,9.5%~83%这个整数范围还能被进一步缩小。

接下来,他们打算进一步提升下限9.5%的数值,以接近逆定理完全成立下的5/12(约41%)。

领域内的学者认为,这一成果突破,表明数学家们距离贝赫和斯维讷通-戴尔猜想的证明又前进了一大步。

作者之一为菲尔兹奖得主

这次研究之前,3位数学家已经在数论领域有过几次合作了。

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其中,Ari Shnidman和Manjul Bhargava早在2012年就有过数论领域的合作,而Manjul Bhargava又是Levent Alpöge在普林斯顿大学读博期间的导师。

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